目的：

用有限元分析的方法模拟老年女性压力性尿失禁(SUI)常见吊带手术：经耻骨后无张力尿道吊带（TVT）和经闭孔无张力尿道吊带（TVT-O），评估它们在尿道不同位置的治疗效果。

方法：

根据一名无盆底疾病女性的磁共振（MRI）图像构建盆腔几何模型。将老年阴道组织薄弱认定为组织刚度降低，施加腹压模拟 valsalva 运动并分别在尿道近端、中远端、远端放置 TVT 与 TVT-O，得出力学数据。

结果：

尿道近端的吊带会导致 α 角与膀胱颈位移小于正常值。“漏斗”现象在吊带位于尿道近端与中远端时消失，位于尿道远端时依然存在；不同位置吊带与尿道之间的压强大小关系为：近端>中远端>远端。

结论：

尿道近端（30%）的吊带容易导致尿道过紧，引起术后并发症；尿道远端（80%）的吊带治疗效果不佳；尿道中远端（60%）的吊带治疗效果好、术后并发症发生率低。尿道中远端放置 TVT 应该作为老年女性 SUI 手术的首选方法。

女性压力性尿失禁 (SUI)是中老年女性常见的泌尿系统疾病，是指在咳嗽、打喷嚏、劳动、运动等腹压增高时尿液不自主从尿道口流出的现象，SUI 限制了女性日常生活及活动，严重影响了女性生活质量。我国成年女性中此病的发生率较高，尤其是老年女性中此病患病率更高，已经成为严重影响老年女性生活质量的疾病之一。

尽管有大量的临床试验研究了吊带植入治疗老年女性 SUI，但结果往往是主观的，无法客观地表示盆腔器官相互作用的过程。医学成像技术，如会阴超声检查，已被用于研究这一课题。然而它只能提供二维图像，并且缺乏关键的生物力学信息，如吊带与周围组织之间的相互作用，这缺失了检测吊带性能的一些定量分析。基于女性盆腔解剖的有限元模型可为女性盆底功能障碍的定量分析提供有效的工具。因此我们将通过磁共振图像建立女性盆腔器官的有限元模型，通过观察尿道、膀胱颈和吊带在腹压下的动态变化，探究尿失禁手术下女性盆腔器官状态的改变以及尿道-吊带的相互作用。由此可探讨吊带位置对治疗结果的影响以及对潜在危险因素(尿潴留和疼痛)的预测，对临床老年女性 SUI 的吊带植入手术提供指导，以选取最合适的手术方法。

材料与方法

01数据来源

建模数据来源于天津市第一中心医院招募的志愿者，该志愿者 29 岁，BMI=22，有一次妊娠史，无任何盆底相关疾病，经过训练可以完成 valsalva 动作，其静态 MRI 图像清晰完整，正中矢状位动态 MRI 图像完整无明显伪影。

02研究方法

1.有限元模型

基于患者的 T2W MRI 图像，绘制每个切片的器官轮廓，在MIMICS19.0（Materialize，Leuven Belgium）软件中重建膀胱、尿道、阴道、子宫、耻骨尿道韧带、直肠、肛提肌、骨盆的泌尿系统三维有限元模型（图1a-c），尿道壁的上1/3前后贴合，以便于研究尿失禁所造成的尿道“漏斗”现象。所有模型以二进制 STL 格式导入逆向工程软件 Geomagic Studio 14.0（Materialize，Leuven Belgium）进行光顺等处理（图1d），再导入有限元分析软件 ANSYS 18.0（ANSYSInc，Canonsburg，USA）对模型进行材料属性定义、网格划分、约束条件设定等处理（图1e-f）。

2.材料属性

根据文献得知，盆底器官软组织在载荷小于最大应力70%时，其材料属性可认定为线弹性，因此所有模型设定为线性弹性材料，模型参数均来自文献：膀胱（泊松比 0.49，杨氏模量 22 kPa）；阴道（泊松比 0.3，杨氏模量 1.5 MPa）；耻骨尿道韧带（泊松比 0.3，杨氏模数 5 MPa）；直肠（泊松比 0.45，杨氏模量 0.1 MPa）；肛提肌（泊松比 0.3，杨氏模量 2.4 MPa）；吊带（泊松比 0.3，杨氏模量 15 MPa），吊带宽度为 10 mm（0.42in）。由于骨盆在腹压的作用下相比于器官位移量极小，变形可以忽略不计，因此将骨盆建模为一个刚性结构。

3.边界条件

约束的设定以骨盆为参照物，设定骨盆的位移各方向均为 0，与骨盆直接相连接的地方给予固定约束，其中包括耻骨尿道韧带、肛提肌健弓、尿道下三分之一处，本实验考虑老年女性 SUI，无盆底相关疾病，因此阴道两侧与盆筋膜腱弓相连处给予约束，直肠和会阴体的连接处给予约束。器官之间接触的设定按照文献所提示的模型简化方法，各器官之间采用“Frictionless”接触算法，器官与吊带的接触采用“Frictional”算法，摩擦系数为 0.2。

4.模拟方案

本实验模拟 valsalva 动作下各器官的运动状态以及病理状态下植入吊带后各器官运动状态的改变，我们采用腹压下的膀胱内压作为载荷标准，根据以往的研究，valsalva 动作下膀胱内压的大小为 5 kPa（39.7 mmHg），因此我们在膀胱内壁直接给予压强，方向与 DeLancey 在文献中所提到的一致，为了控制变量，所有模型均使用统一的腹压。

（1）尿失禁模型的构建：在所有组织器官正常的情况下给予腹压，观察尿道 α 角，膀胱颈位移以及尿道“漏斗”的形成情况，与 MRI 图像相比较，进行模型验证，然后分别将阴道的杨氏模量降低50%和 90%，模拟老年女性阴道壁薄弱，观察各参数变化。

（2）吊带手术的模拟：在尿失禁的模型中，分别在尿道近端（30%）、中远端（60%）、远端（80%）放置吊带（图2）进行 TVT 与 TVT-O 的比较，观察各指标有无改善，比较各吊带与尿道的压强，推测各吊带有无并发症的发生，以选取老年女性 SUI 吊带植入手术最合适的手术方法。

结果

表 1 为该志愿者的动态 MRI 图像和有限元模型在静息和最大 valsalva 时的 α 角。根据文献报道，通过 α 角可验证有限元模型的可靠性与真实性，因此，我们通过比较 valsalva 动作下有限元模型与动态 MRI 的尿道 α 角来进行模型验证，其变化趋势相同，验证了该有限元模型。

表 2 总结了在阴道退化程度不同的情况下，膀胱尿道参数指标的变化。随着阴道组织的逐渐薄弱，杨氏模量降低，尿道 α 角、膀胱颈位移逐渐增大。正常状态下尿道 α 角为 10.17°，随着阴道杨氏模量的降低，α 角增大到 15.53°，膀胱颈位移从 5.97 mm 增大到 7.18 mm；当阴道组织杨氏模量降低 50% 时，即有尿道“漏斗”（11.09°）的形成（图 3b），在降低至 90% 时，形成更大的“漏斗”（20.94°），因此后期吊带术的研究选取阴道组织退化 90% 的模型。

表 3 总结了后期吊带术的模拟结果，TVT 与 TVTO 均能使尿道的情况好转，α 角、膀胱颈位移有不同程度的减小。在尿道近端放置吊带时，其 α 角和膀胱颈位移的数值甚至小于阴道组织正常时的数值；在尿道中远端放置吊带时，其 α 角和膀胱颈位移与阴道正常时测得的数值最接近。图 4 为放置吊带后盆底器官的正中矢状位位移云图，可见尿道近端和中远端的吊带均能使尿道“漏斗”消失，而远端的吊带不能使尿道“漏斗”消失。

图 5 对比了 TVT 与 TVT-O 在不同位置放置后膀胱尿道的参数变化，（a）为 α 角的对比，放置吊带后，TVT 与 TVT-O 尿道 α 角的大小关系均为：尿道近端<尿道中远端<尿道远端，且两种吊带各位置的差异不大，（b）为膀胱颈位移的对比，两种吊带在尿道中远端和远端时，膀胱颈的位移相差不大，但在尿道近端时，膀胱颈位移明显小于中远端和远端，且均小于阴道组织正常下的膀胱颈位移；（c）为吊带与尿道之间的压强对比，大小关系为：尿道近端>尿道中远端>尿道远端；在尿道中远端和远端时，TVT 与 TVT-O 对尿道的压强相似，在尿道近端时，TVT 对尿道的压强明显大于 TVT-O，约为 TVT-O 的 1.68 倍。

讨论

1993 年 Petros-Ulmsten 提出了整体理论，根据这一理论，阴道前壁的解剖缺陷可导致 SUI。老年女性 SUI 由于绝经后雌激素水平下降，阴道黏膜萎缩，尿道失去支撑而活动度增大，进而出现尿失禁。上世纪 90 年代引入了 TVT 和 TVT-O 治疗 SUI 后，便广泛应用于临床，并逐步取代传统手术，目前已成为主流的尿失禁治疗手段。关于哪种吊带在手术效果和并发症控制方面最好，目前还没有达成一致意见，Fusco 等人认为 TVT 的治愈率更高，但下尿路排尿障碍等并发症的风险更高；Elers 等认为 TVT 与 TVT-O 在治疗效果上无明显差异，但 TVT-O 会导致腿部或腹股沟疼痛的风险增加。在尿道什么位置植入吊带也没有统一的标准，Bergström 认为吊带距离膀胱颈越远，失败率越高，吊带植入的位置应该尽可能接近膀胱颈；Kociszewski 等认为，吊带位于尿道中三分之一和远三分之一的交界处会得到最佳的治疗效果；而 Pawlaczyk 等认为当 T/U（T：尿道外口与吊带之间的距离；U：尿道长度）大于 0.375 时，会出现较多的并发症，吊带应放置在尿道的 37.5% 以下，位于尿道的远端。

在本研究中，我们建立了女性盆腔器官的有限元模型，该模型由膀胱、尿道、阴道、耻骨尿道韧带、子宫、直肠、肛提肌、骨盆和吊带组成。计算机模拟预测了 Valsalva 动作下的盆底器官变形，通过 α 角、膀胱颈位移的变化和“漏斗”的形成体现尿道活动性。我们通过降低阴道壁的杨氏模量来模拟老年女性的阴道壁退化。实验结果表明，当阴道壁薄弱时，尿道和膀胱颈会表现出尿失禁相关症状（图 3、表 2）。在尿道不同位置(30%、60%、80%)添加吊带后，其参数变化可用来评价治疗效果。

吊带-尿道相互作用力，表明在腹压作用下吊带对尿道施加的力，其数值越大，尿道越容易受损伤，通过比较两种吊带不同植入位置时吊带-尿道相互作用力可预估临床手术后尿潴留或疼痛等并发症的发生率。遗憾的是，由于缺乏合适的测量工具，在临床上难以获得吊带-尿道相互作用力的信息。本研究可以通过计算机建模和有限元分析的方法模拟计算出吊带-尿道相互作用力，这提供了一种预测患者手术潜在风险的方法。我们的计算结果显示，当吊带放置在尿道近端时，其相互作用力要比放置在尿道中远端与远端大（图 5c），提示在尿道近端植入吊带更容易导致 SUI 患者疼痛或其他尿道并发症，这与临床研究一致。而 TVT 在尿道近端时与尿道的相互作用力比 TVT-O 大，其数值约为尿道近端 TVT-O 的 1.68 倍，可能是由于 TVT-O 将吊带从尿道穿过闭孔到大腿内侧，呈“V”型，与尿道接触面积小，TVT 从尿道后穿过 retzius 间隙，固定于耻骨上，呈“U”型，与膀胱接触面积大，在腹压的作用下更容易挤压尿道。

生物力学分析结果表明，近端尿道的 TVT 和 TVT-O 在纠正尿道过度活动方面的效果最佳，因为其矫正后的 α 角和膀胱颈位移远小于中远端和远端。然而，其矫正后的 α 角和膀胱颈位移甚至小于阴道正常时的数值，表明此位置的吊带可能造成过紧而阻塞尿道。吊带-尿道相互作用力也证明了这一点(图 5c)。另一方面，我们的结果显示，在尿道中远端植入吊带时，TVT 和 TVT-O 的尿道 α 角和膀胱颈位移都有减小，且最接近于阴道正常时的数值，尿道“漏斗”消失（图 4b.e）。远端植入吊带时 α 角和膀胱颈位移也都有减小，但尿道“漏斗”依然存在（图 4c.f），提示当吊带位置过于靠近尿道口时，治疗效果不佳。在尿道中远端时吊带-尿道的相互作用力与远端相似，提示其不会因为位置更靠近膀胱颈而导致与尿道的相互作用力过大。因此，在尿道中远端植入吊带将提供足够的矫正，并将过度收紧尿道的风险降至最低，是吊带手术的最佳选择。

在临床处理老年女性 SUI 时，应首先考虑在尿道中远端放置吊带，至于 TVT 与 TVT-O 的选择，就改善患者尿失禁的症状而言，两种吊带的治疗效果相同。但尿道中部 TVT-O 手术过程中需要对尿道周围区域进行更为广泛的游离，延长了手术时间，这对于老年女性而言大大增加了手术风险。并且 TVT-O 需要穿过闭孔到大腿内侧，这将导致术后腿部和腹股沟疼痛的风险增加。因此，从治疗效果和临床手术的实际情况双重考虑下，我们认为尿道中远端放置 TVT 相比于其他方案更适合治疗老年女性 SUI。

本研究存在一些局限性。首先，各向同性线弹性材料的参数是由以往的研究得出的，但不同的方法和测量条件下，材料的性能可能会有所不同。其次，有限元方法是运用计算机软件构造三维模型的一种模拟实验，存在自身的局限性。未来的工作包括开发更全面、准确的模型，模拟更真实的盆底状况，以此来探讨盆底疾病的发生机制。